不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响
2016-03-17 12:00:54
作者：本网整理来源：
自20世纪60~70年代，国外成功研究了镀锌层银盐、铜盐的六价铬黑色钝化工艺，且在生产中得以广泛应用以来，国内外专家关于镀锌钝化机理、工艺、配方等方面的研究一直在不断地深入发展，且取得了非常多成果[1~3]。镀锌钝化的研究大多都是基于改善钝化膜的外观、耐蚀性能、环保性等方面进行。然而，影响钝化膜性能的因素除钝化本身外，作为基础的电镀锌层的质量也至关重要。
电 镀
国内电镀锌按电镀溶液可分为四大类：氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、钾盐镀锌、硫酸盐镀锌。不同类型、不同质量的锌层在同一钝化条件下所得钝化膜外观及耐蚀性能会有所差异[4~8]。本文分别以碱性锌酸盐镀锌添加剂、钾盐镀锌油溶性添加剂、钾盐镀锌水溶性添加剂条件下，所得锌层为基础，研究了不同电镀锌添加剂对钝化膜外观与耐蚀性的影响，最终确定可使钝化膜兼具功能性与装饰性的电镀添加剂。
1实验
1.1试剂及仪器基材为相同规格的钢铁件。
氧化锌(分析纯，四成化学试剂公司)；氢氧化钠(工业级，天津渤天化工有限责任公司)；锌粉(分析纯，四成化学试剂公司)；氯化锌(分析纯，四成化学试剂公司)；氯化钾(电镀级，葫芦岛海隆化工有限公司)；硼酸(工业级，上海世硼贸易有限公司)；硝酸(分析纯，四成化学试剂公司)；碱性锌酸盐镀锌添加剂628(武汉吉和昌化工科技股份有限公司)；钾盐镀锌油溶性添加剂801(武汉吉和昌化工科技股份有限公司)；钾盐镀锌水溶性添加剂808(武汉吉和昌化工科技股份有限公司)；低盐雾三价铬蓝白钝化剂Cr-B1N(武汉吉和昌化工科技股份有限公司)；BJ-200高效水基清洗剂(武汉百洁科贸有限公司)。
PHS-3C型雷磁PH计(上海仪器科学股份有限公司)；DHG-9075A型电热鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)；XB-OTS-60精密型盐雾试验机(东莞市欣宝有限公司)；FB-9517型全无油润滑空气压缩机(上海捷豹压缩机制造有限公司)；CJJ78-1磁力加热搅拌器(无锡市华东化学试剂有限公司)；JE-1002电子天平(上海蒲春计量仪器有限公司)。
1.2实验过程
1.2.1工艺流程除油、除锈→水洗→电镀锌→水洗→出光→水洗→钝化→水洗→热风吹干1.2.1.1除油BJ-200高效水基清洗剂3%θ 50℃t 浸洗3min1.2.1.2电镀锌①挂镀，碱性锌酸盐镀锌添加剂628系列氧化锌 12g/L氢氧化钠 125g/L628A 14~16ml/L628B 1ml/L628C 20ml/LJk 2~4A/dm2t 20min②挂镀，钾盐镀锌油溶性添加剂801系列氯化钾 220~230g/l氯化锌 65g/L硼酸 30g/L801A 1ml/L801B 30ml/LJk 1~2A/dm2t 10min③挂镀，钾盐镀锌水溶性添加剂808系列氯化钾 220~230g/L氯化锌 65g/L硼酸 30g/L808A 1ml/L808B 30ml/LJk 1~2A/dm2t 10min1.2.1.3出光稀硝酸 3‰t 1~3s1.2.1.4钝化低盐雾三价铬蓝白钝化剂Cr-B1N浓度 30ml/L温度2 0~35℃pH值 2.0t 40s搅拌均匀空气搅拌。
1.3中性盐雾测试根据GB/T9791-2003锌、镉、铝-锌合金和锌-铝合金的铬酸盐转化膜试验方法和GB/T6461-2002金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级，进行中性盐雾测试与评级[9~10]。中性盐雾试验操作指标如表1：
表1中性盐雾试验操作指标
2结果与讨论
2.1不同电镀锌添加剂对钝化膜外观的影响使用不同电镀锌添加剂，在同一钝化工艺条件下，对钝化膜外观如表2：
表2不同电镀锌添加剂对钝化膜外观的影响表
由表2可以看出，不同电镀锌添加剂对钝化膜外观的影响不同，其中碱锌628、酸锌801所得锌层钝化后的膜层较使用酸锌水溶性添加剂808所得锌层钝化后的膜层更加光亮，但酸锌801所得锌层钝化后的膜层较易发黄。
2.2不同电镀锌添加剂对钝化膜耐盐雾性能的影响使用不同电镀锌添加剂，在同一钝化工艺条件下，对钝化膜耐盐雾性能的影响，结果如表3所示：
表3不同电镀锌添加剂对钝化膜耐盐雾性能的影响
盐雾测试结束后，工件出现白锈面积对比，如图1~4所示
盐雾测试结束后，工件出现白锈面积对比
盐雾测试结束后，工件出现白锈面积对比
由表3可得出，未经钝化的酸锌和碱锌锌层均没有耐盐雾性能；酸锌使用水溶性添加剂808所得锌层钝化膜耐中性盐雾时间最长，同一钝化工艺条件下，甚至超过使用添加剂628所得碱锌锌层钝化膜。
由图1~4可知，经历36小时盐雾试验后，酸锌水溶性添加剂808配合三价铬钝化剂Cr-B1N所得钝化膜的白锈面积小于分别经历24小时盐雾试验的碱锌添加剂628加三价铬钝化剂Cr-B1N和经历20小时盐雾试验的酸锌油溶性添加剂801加三价铬钝化剂Cr-B1N所得钝化膜产生的白锈面积。
由此可知，同一钝化工艺条件下，使用酸锌水溶性添加剂808所得锌层钝化膜的耐盐雾性能最佳。在实际应用过程中，甚至可在同等钝化条件下替代中低端碱锌，使钝化膜兼具功能性与装饰性。
电镀锌是进行钝化处理的基础，也是保证钝化膜质量的关键因素。若锌层分散性、致密度较差，厚度较薄，即使有良好的钝化液，适当的工艺参数、设备条件以及技术高超的操作人员，也无法获得符合质量要求的钝化膜。酸锌水溶性添加剂808，其主光亮剂可完全水溶，无刺激性气味，辅助剂中只含少量载体光亮剂，因此，槽液中有机物含量较使用油溶性添加剂大幅减少，所以锌层中夹杂的有机杂质也相应降低，镀锌层分布更加均匀致密，从而极大程度上改善了钝化膜的外观与耐盐雾性能，使之在同一钝化工艺条件下，更加均匀美观，耐蚀性能更加优异。
3应用实例
在铸铁件上，往往采用锌酸盐镀锌，但其存在电流效率低，上锌慢等缺点，而传统钾盐镀锌光亮剂分散性差，锌层脆性大，难以满足市场要求。钾盐镀锌水溶性光亮剂808恰到好处地弥补了两者存在的缺点，在同等厚度及钝化条件下，其外观及耐蚀性能较中低端碱性锌层更具优越性。青岛某电镀厂挂镀铸铁件产品，先后使用国内多家公司提供的油性光亮剂，均出现低区凹槽处发黑现象，且发黑处无法形成钝化膜，在使用钾盐镀锌水溶性光亮剂808后，低区凹槽部分完全变亮，钝化后更加均匀美观，如图5所示：
钝化后更加均匀美观除挂镀件外，滚镀件也同样会因镀锌添加剂的不同，在同一钝化条件下，得到不同质量的钝化膜。深圳某电镀厂，使用钾盐镀锌水溶性光亮剂808，滚镀所得产品钝化后，得到高质量的钝化膜，如图6所示：
图6(a.未钝化；b.三价铬蓝白钝化；c.三价铬黑色钝化)
在标准件上，用传统钾盐镀锌光亮剂所得工件，钝化后颜色相差较大。采用水溶性光亮剂808所得锌层，钝化后颜色更加均匀美观。浙江衢州某标准件电镀厂，使用钾盐镀锌水溶性光亮剂808加三价铬蓝白钝化后，所得产品如图7所示：
4结论
⑴电镀锌是进行钝化处理的基础，也是保证钝化膜质量的关键因素。
⑵酸锌水溶性添加剂，因其锌层中夹杂的有机杂质大幅减少，镀锌层分布更加均匀致密，从而极大程度上改善了钝化膜的外观与耐盐雾性能，使之在同一钝化工艺条件下，更加均匀美观，耐蚀性能更加优异。
⑶在实际应用过程中，酸锌水溶性添加剂甚至可在同等钝化条件下替代中低端碱锌，使钝化膜兼具功能性与装饰性。
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